VITA
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Understanding Moteurs Stirling ISBN: 0-86619-200-X [C]1984, Volontaires dans Assistance Technique,
PREFACE
Ce papier est une d'une série publiée par les Volontaires dans Assistance technique fournir une introduction ŕ spécifique technologies dernier cri d'intéręt ŕ gens dans développer les pays. Les papiers sont projetés d'ętre utilisé comme directives aider des gens ŕ choisir des technologies ŕ qui sont convenables leurs situations. Ils ne sont pas projetés de fournir la construction ou détails de la mise en oeuvre. Ŕ gens sont conseillés vivement de contacter VITA ou une semblable organisation pour les renseignements complémentaires et l'assistance technique si ils trouvent qu'une technologie particuličre paraît satisfaire leurs besoins.
Les papiers dans les séries ont été écrits, examinés, et illustrés presque tout ŕ fait par VITA Volunteer experts techniques sur une base purement volontaire. Quelques 500 volontaires ont été concernés dans la production des 100 titres premiers publiée, en contribuant approximativement 5,000 heures de leur temps. VITA recrutent du personnel Leslie Gottschalk inclus comme éditeur fondamental, Julie Berman maniant composition et disposition, et Margaret Crouch comme projetez le directeur.
William Beale, auteur de ce papier, est président de Sunpower Incorporé. Il a conçu, a développé, a fabriqué, et moteurs Stirling vendus au Bangladesh et autre développement les pays, et a publié dans l'énergie solaire largement le champ. Les critiques David M. Berchowitz, Michael F. Feeney, Robert C. Wagman, et Francis E. Woodling sont aussi des spécialistes dans la région. Artiste Fred Heltsley a un génie l'origine et est illustrateur technique professionnel sur un la base du consultant.
VITA est soldat, organisation sans but lucratif qui supporte, gens qui travaillent sur les problčmes techniques au pays en voie de développement. VITA offre information et assistance visées aider individus et groupes sélectionner et rendent effectif des technologies approprié ŕ leurs situations. VITA maintient un international Service de l'enquęte, un centre de la documentation spécialisé, et un tableau de service informatisé de volontaire consultants techniques; dirige des projets de champ ŕ long terme; et publie une variété de manuels technique et papiers.
JE. L'INTRODUCTION
Les moteurs Stirling sont des moteurs de la combustion externes qui utilisent de l'air ou autres gaz comme fluide actif. Ils peuvent brűler tout solide ou combustible liquide comme leur source de la chaleur. Cela les fait trčs attirant, en particulier dans les situations oů conventionnel les combustibles sont chers et durs d'obtenir. Parce que quelques types de Le moteur Stirling est si simple faire et toujours si efficace, ils sont d'excellents choix pour génération du pouvoir dans développer les pays.
Ce papier décrit le moteur Stirling de base, aussi bien que quelques-unes des variétés modernes les plus prometteuses. L'intention ici est se familiariser des gens au pays en voie de développement avec le l'opération de moteur et gamme de candidatures.
L'HISTOIRE
Le moteur Stirling a été inventé par Robert Stirling, un écossais, secourez, en 1816. Le moteur Stirling tôt avait une histoire de bon service et longue vie (jusqu'ŕ 20 années). C'était utilisé comme un moteur eau - pompant de relativement bas pouvoir du milieu du dix-neuvičme sičcle ŕ approximativement 1920, quand le le moteur ŕ combustion interne et le moteur électrique ont remplacé il. Le moteur ŕ air chaud était connu pour sa facilité d'opération; sa capacité d'utiliser toute matičre du burnable comme combustible; son coffre-fort, apaisez, opération modérément effective; et sa durabilité et les basses exigences de l'entretien. C'était trčs grand pour son petit cependant, puissance de sortie et avait un haut coűt de l'achat. Néanmoins, son bas charges d'exploitation a justifié le choix il habituellement sur la machine ŕ vapeur--la seule alternative au moment-- lequel a brűlé beaucoup plus de combustible pour le męme propulsez et a demandé attention constante éviter des explosions dangereuses ou autre les échecs.
L'autre inconvénient majeur du moteur ŕ air chaud tôt était sa tendance ŕ manquer si la tęte de l'appareil de chauffage était devenue trop chaud. This ;as un résultat de la relativement basse résistance ŕ la chaleur du jet repassez la tęte de l'appareil de chauffage. Le problčme a été vaincu en redessinant le brűleur qui a prévenu le moteur de surchauffer. Ce l'amélioration a résulté en coffre-fort, mais męme baisse, opération du pouvoir. En dépit de cette amélioration, le moteur Stirling ne pourrait pas rivalisez avec la meilleur marché, plus puissante combustion interne le moteur, et il a disparu de la scčne commerciale.
La venue de plus nouveaux aciers inoxydables et avances dans le comprendre du processus thermodynamique complexe du moteur nouvelle attention apportée au moteur pendant et aprčs Monde La guerre II. La performance du vieux moteur ŕ air chaud était améliorée et sa dimension et coűt ont été réduits. Sa simplicité de construction et opération, et plus important, sa capacité utiliser des combustibles rugueux ont été retenus. Ces efforts sur Stirling des moteurs ont été visés ŕ candidatures difficiles presque exclusivement ce n'était pas approprié pour les pays en voie de développement--ŕ savoir, le moteur ŕ traction avancé, pouvoir de l'espace, et les coeurs artificiels. Presque aucun effort n'a été mis dans le par rapport tâche facile de concevoir un moteur pour les usages ordinaires. Les pays trčs développés dans qui le moteur Stirling le travail était fait n'ayez pas eu besoin d'un moteur simple, donc lŕ n'été pas aucune motivation économique pour en concevoir un.
Cette situation a changé en 1980, quand l'Agence Américaine pour Le Développement International (USAID) investi le développement d'un le moteur Stirling simple a prévu pour fabrication spécifiquement et utilise au pays en voie de développement. Le moteur a été conçu, construit, a testé, et a délivré ŕ Bangladesh, et copies de lui été construit et a mis dans opération lŕ. Cela a démontré la Possibilité de la fabrication du moteur dans machine simple les magasins du type ont trouvé dans beaucoup de régions d'Afrique, Asie, et Amérique latine.
Par suite de ce et autres développements récents, l'autrefois perspectives faibles pour la candidature de moteurs Stirling au pays en voie de développement ayez amélioré énormément. Les plans sont maintenant dans mouvement apporter un nouveau dessin du moteur Stirling dans production commerciale dans une forme beaucoup améliorée. Ce la version moderne sera beaucoup plus puissante pour son poids et beaucoup plus effectif; en męme temps, ce sera comme tranquille, facile utiliser, fiable, et accidenté comme le moteur original. Les modčles supplémentaires, capable d'électricité génératrice, refroidir, la pompant eau, et servir dans les autres chemins utiles pas possible avec le vieux moteur ŕ air chaud, vient aussi dans la production commerciale.
BESOINS SERVIS PAR LA TECHNOLOGIE
Bien que le moteur Stirling soit une vieille machine, moderne, les matičres et méthodes du dessin le rendent beaucoup plus attirant que jamais avant. La manivelle promenade que le moteur Stirling est sans aucun doute utile ŕ n'importe qui qui a le combustible solide. Ce type de Le moteur Stirling peut brűler tout combustible local comme sa source de chaleur produire électricité, eau de la pompe, ou exécute le tâches exiger pouvoir mécanique tel que traitement de la nourriture.
Machines trčs simples qui utilisent de l'air atmosphérique comme fluide actif peut ętre construit de matičres locales tel que récipients du métal. Les gens qui sont inclinés pour essayer de tels dessins ont un bon chance de succčs.
II. LES PRINCIPES OPÉRATIONNELS
THÉORIE DE BASE DE LA TECHNOLOGIE
Le cycle Stirling est montré dans le diagramme dans Chiffre 1. Le
l'idée de base est que quand asphyxie dans un cylindre fermé est déplacé dans la partie chaude du cylindre, il étend, sa pression les augmentations, et il faire travaille. Quand le gaz déplace dans le partie froide du cylindre, sa pression est réduite. Une fois le les portées du gaz la pression inférieure, il est comprimé arričre au sien le volume original. Le gaz exécute plus de travail pendant son expansion qu'est exigé pour ętre mis dans lui pendant sa compression. Donc, les résultats du cycle entiers dans le positif net production de travail.
Comme montré dans Phase 1 de Chiffre 1, le piston est dehors (fond le point mort), et le displacer est dans aussi loin qu'il peut aller. Le gaz est dans l'espace froid, et la pression de gaz est basse. (Note que le gaz est ŕ la męme pression ŕ tout immédiat dans chaque partie du moteur, mais que cette pression change avec time. Parce que la pression est basse, le piston peut ętre emménagé pour comprimer le gaz ŕ la basse température facilement. Ŕ la fin de ce processus de la compression, le moteur a la Phase 2 atteinte, comme montré dans Chiffre 1.
Maintenant c'est temps pour augmenter la pression de gaz. Cela n'est pas fait en brűlant un combustible ŕ l'intérieur du gaz comme est fait dans un interne le moteur de la combustion. Le gaz est déplacé de l'espace froid ŕ travers une série d'échangeurs de chaleur qui le causent d'entrer l'espace chaud ŕ un surchauffage. La note qui le gaz dans le l'appareil de chauffage, glacičre, régénérateur, et espaces chauds et froids, est toujours ŕ la męme pression ŕ tout immédiat, depuis le gaz les passages du courant sont grands et ne restreignent pas le passage de le gaz.
Comme montré dans Phase 3 de Chiffre 1, le gaz est comprimé, chaud, et ŕ haute pression. Ŕ ce point c'est pręt ŕ étendre et travailler sur le piston. Comme les mouvements du piston hors du cylindre, le displacer déplace avec lui pour rester autant du gaz comme possible dans l'espace chaud afin que la pression est resté aussi haut que possible pour faire le montant maximal de travail sur le piston. Cette expansion et mouvement de l'extérieur du le piston résulte en l'acquisition de Phase 4, comme montré dans Représentez-en 1.
Le pas prochain est réduire la pression de gaz en le déplaçant de l'espace chaud ŕ travers les échangeurs de chaleur ŕ l'espace froid. Cela est fait en déplaçant le displacer de sa place, comme montré dans Phase 4, en arričre ŕ sa place intime, comme montré dans Synchronisez-en 1. Le cycle est maintenant complet. L'avis qui le piston a étendu le gaz en déplaçant l'extérieur quand le gaz est chaud et ŕ haute pression, et a comprimé le gaz quand c'est froid et ŕ basse pression. Donc, le plan original a été accompli, et le cycle a produit travail net au dehors.
Pour ce quatre phase processus continuer indéfiniment, chaleur, doit ętre ajouté ŕ l'échangeur de chaleur chaud de quelques-uns continuellement dehors source comme un feu ou un collecteur solaire, et le rhume la fin doit ętre refroidie par un ruisseau d'eau ou air continuellement.
Vous pouvez vous demander maintenant comme les mouvements du piston et le les displacer sont des accomplished, depuis they clairement ne peut pas continuer leur propre. La réponse est qu'il y a au moins deux chemins ŕ faites les deux composants du Stirling moteur mouvement simple comme nous souhaitons: (1) nous pouvons les attacher aux manivelles ŕ travers connecter les tringles, comme est fait dans les moteurs d'automobile communément; ou (2) nous utiliser des forces du gaz dans un chemin avec soin conçu afin qu'ils rebondissez sur les printemps du gaz, avec le displacer toujours en avant du piston dans son oscillation de l'entrées et sorties. Des deux méthodes, le l'usage de manivelles a appelé la manivelle promenade, ou Stirling cinématique, est la méthode facilement comprise. La deuxičme méthode, lequel utilise des mouvements oscillants du piston et displacer sur les sources, est appelé le Stirling de piston libre. La manivelle promenade Stirling est plus facile de comprendre pour faire toujours plus difficilement, pendant que le Stirling de piston libre est plus dur de comprendre toujours plus facile faire dans au moins quelques-uns de ses formes.
III. CONCEVEZ DES VARIATIONS
Cette section du papier décrit une variété de promettre Les moteurs Stirling. Il accentue leurs caractéristiques physiques, avantages et inconvénients, candidatures, et combustible les efficacités.
TYPES DE MOTEURS STIRLING
La manivelle promenade Moteur Stirling
Un schéma de la manivelle promenade dans que le moteur Stirling est montré Représentez-en 2, et une manivelle promenade que le moteur Stirling qui pompe de l'eau est
montré dans Chiffre 3. Pendant que ce moteur est exceptionnellement grand pour
la petite quantité de pouvoir (5 kilowatts) il produit, c'est néanmoins trčs simple faire et opérer. Il n'utilise pas d'huile dans le fond de carter; ici c'est important d'éviter d'obtenir de l'huile dans les parties actives chaudes du moteur, parce qu'il pourrait bloquez le courant d'air ŕ travers les échangeurs de chaleur et aussi causez une explosion. En du suivant trois types de les portées peuvent ętre utilisées: portées du rouleau scellées, portées de la balle, ou les bagues de l'unlubricated ont fait d'un męme Téflon plastique. Si nécessaire, la balle et portées du rouleau peuvent ętre remplacées par les portées du journal et a scellé dans la graisse. Depuis que le moteur est pressurisé légčrement, jusqu'ŕ au sujet de les atmosphčres (atm), il utilise un cachet de l'arbre de la manivelle simple pour rester l'air dans, et une petite pompe ŕ air maintenir la pression contre fuite lente devant le cachet. La pompe ŕ air aussi bien que toutes les autres garnitures qui ont besoin de pouvoir sont conduites de directement l'arbre du moteur tournant.
Autres accessoires qui exigent le pouvoir de l'arbre. est l'alimentation de la taričre le combustible, le ventilateur de l'air de combustion, et l'eau refroidissante pompe et ventilateur du radiateur.. Avec ces accessoires, le moteur est capable travailler sans any autre source d'énergie, et besoins seulement alimentez pour opérer.
Les mode d'emploi typiques sont comme suit:
- Assurez-vous le moteur est dans bonne condition d'exploitation et le sauteur est plein de combustible.
- Commencez un feu dans le brűleur avec allumer (par exemple, rasages du bois, a séché des permissions), et opčre la soufflerie d'air ŕ la main jusqu'ŕ l'intérieur du brűleur est suffisamment chaud ŕ reçoivent et allument le combustible de l'alimentation du combustible.
- La main opčre le ventilateur de l'air de combustion et la taričre du combustible jusqu'ŕ la tęte de l'appareil de chauffage du moteur arrive ŕ un modéré La température (approximativement 300[degrees]C). Le moteur est maintenant pręt ŕ commencent.
- Rendez le volant, et le moteur commencer ŕ courir sur son propre pouvoir immédiatement (le début facile est un du caractérise de ce moteur le mieux).
- Autorisez pour le moteur ŕ le pressuriser peu de temps et conduire le brűleur jusqu'ŕ ce que ce soit ŕ pression du fonctionnement pleine et température. Pendant ce temps, le moteur veut progressivement deviennent plus fort et plus capable travailler. La charge peut ętre augmenté comme le moteur devient plus fort. Cela se passe automatiquement si le moteur est attaché aux charges tel comme pompes ŕ eau centrifuges ou générateurs, mais charge tel comme scies et moudre des machines a la capacité pour caler le moteur si leur charge est appliquée trop rapidement. Si le Le moteur a calé, il peut ętre recommencé par immédiatement le décharger et tourner encore le volant.
- Une fois le moteur est jusqu'ŕ pouvoir discrétionnaire et faire son travail, l'opérateur a besoin de garder le sauteur du combustible plein seulement et maintiennent une charge. Si la charge est enlevée pour toute raison, en haut que le moteur s'hâtera, mais pas ŕ un degré malfaisant; il arrivera ŕ une vitesse rapidement ŕ qui ses gouttes de la puissance de sortie mettre ŕ zéro, et il continuera ŕ courir.
- Quand c'est temps pour couper le moteur, simplement bras mort le alimentent et le moteur viendra ŕ un arręt lentement. Ce peut ętre a arręté en publiant plus rapidement n'importe quand l'interne contraignent qui réduit le pouvoir ŕ une valeur faible.
Depuis il y a trčs peu d'ajustements critiques de combustible, aérez, ou courant de l'eau, et il n'y a aucun injecteur ou system de l'étincelle, la manivelle promenade le moteur Stirling est extręmement fiable et facile courir. Mais pour accomplir la performance maximale il est important de faire des ajustements corrects de ces courants, lequel quelqu'un avec seulement une petite expérience peut faire facilement,
Ŕ cause de sa facilité d'opération, durabilité, manufacturability local, et la capacité d'utiliser tout combustible local comme sa chaleur source, la manivelle promenade moderne que le moteur Stirling est remarquablement, bien conveni pour génération du pouvoir au pays en voie de développement. Les plans pour ce moteur Stirling seront disponibles d'USAID dans 1984 ou 1985. Production commerciale du moteur, ou versions de lui, est attendu commencer en 1984.
Le Moteur de Piston Libre simple
Représentez 4 portraits un moteur de piston libre ŕ faible débit qui est un
version simple du moteur Stirling. Ce moteur est presque l'ultime dans simplicité comparée ŕ autre moteur Stirling les dessins. C'est la configuration surcontrôlée soi-disant dans lequel les displacer ont flotté par les printemps et déplaceront spontanément non plus en haut ou sous l'influence du force la plus légčre ou trouble de la pression ŕ l'intérieur du le moteur. Le grand avantage de cet arrangement est que le le moteur est auto - commençant pas seul (exiger seulement qu'un bon que la différence de la température soit établie entre le chaud et les espaces froids), mais il ajustera ŕ toute charge, męme un complet arręter du piston, et encore fait du vélo au-dessus et en bas. Donc, le moteur est męme. pardonner et facile opérer. Son majeur l'inconvénient est que c'est trop grand pour sa petite puissance de sortie; c'est parce qu'il utilise de l'air atmosphérique comme fluide actif et opčre ŕ une fréquence bas męme. Contrebalancer ceci l'inconvénient est la trčs haute capacité de l'ascenseur et efficacité de la pompe volumétrique positive simple que le moteur peut opérez.
Les dimensions
Le displacer et diamčtre du piston peuvent ętre le męme. Le les displacer devraient ętre au moins aussi long que son diamčtre, avec un la longueur maximale de trois chronomčtre son diamčtre, et la casquette de la fin devez. soyez bombé pour autoriser quelque force contre chute subite. Le l'intervalle entre le displacer et le cylindre devrait ętre au sujet de un ŕ deux centičme du diamčtre, avec une préférence pour le plus petit intervalle. Pour garder le displacer centré, il aurait dű élever des bosses de l'épaisseur de l'intervalle qui frottement légčrement contre le cylindre dans sa section froide.
La longueur de la section de l'appareil de chauffage devrait ętre approximativement une quatričmes du le diamčtre du displacer, et la glacičre au sujet du męme. Ce les permissions un demi du displacer agir comme un régénérateur, lequel sert pour entreposer la chaleur de l'air comme il vient de l'appareil de chauffage ŕ la glacičre, et parutions il ŕ l'air comme il vient de la glacičre ŕ l'appareil de chauffage en arričre. Cette action augmente l'efficacité du combustible du moteur.
Le mouvement du displacer disponible devrait ętre approximativement un troisičmes de sa longueur.
Les displacer conduisent la tringle devrait couvrir 15 pour cent d'approximativement le région du cylindre du displacer. La tringle de la promenade devrait aller parfaitement attentivement dans sa manche mais est libre de déplacer.
Les matičres
La bonne matičre pour le displacer la fin chaude est toute une du 300 aciers inoxydables de la série, tel que 304, 316, ou 321. Ceux-ci est aussi appelé 18-8 type sans tache, le genre a utilisé dans cuire les pots. La fin chaude du cylindre du displacer doit ętre de sans tache l'acier aussi, or peut-ętre céramique s'il peut ętre rendu étanche. Bien sűr, si seulement expériences de courte durée sont le but, alors le drap de l'acier du carbone ordinaire peut ętre utilisé pour les deux displacer et tęte de l'appareil de chauffage.
Le displacer lui-męme peut ętre assez mince, ŕ la condition qu'un la valve du non - retour est installée dans sa fin froide pour permettre le intérieur arriver ŕ la pression du cycle maximale et rester lŕ. Autrement, les displacer pourraient s'écrouler sous pression. C'est aussi important faire le displacer égrener la partie charnue assez ŕ prévenez sa chute subite sous pression extérieure.
Le reste du moteur peut ętre d'acier, fonte, aluminium, ou quoi qu'est localement disponible, depuis qu'il n'est pas exposé ŕ la chaleur. Le soin devrait ętre pris pour faire le displacer aussi léger que est pratique. Autrement, il répondra pour asphyxier trop lentement la pression et ne développera pas le rôle principal dans mouvement partout le le piston nécessaire accomplir le cycle Stirling.
La Production d'énergie
Un moteur de piston libre simple avec un displacer du diamčtre de 60 centimčtres, opérer ŕ un cycle par seconde, peut ętre attendu produire approximativement 500 watts de pouvoir (50 liter - meter/sec) d'a pompé l'eau. Bien sűr, comme avec toute tentative premičre, le réel la production pourrait ętre beaucoup moins.
Le Moteur de cylindre libre
Un autre excellent candidat pour usage au pays en voie de développement est le moteur de cylindre libre. Il partage beaucoup des vertus de la manivelle promenade moteur Stirling et est plus simple faire męme. De plus, parce que c'est clos hermétiquement, c'est imperméable endommager d'impuretés extérieures. Cependant, parce que c'est fondamentalement une machine de la production ŕ mouvement alternatif, il doit en avoir quelques-uns sorte d'appareil pouvoir - transformant telle qu'une promenade de la roue d'encliquetage et boîte de transmission fournir le mouvement rotatif si de tel est exigé. There sont beaucoup utilise pour mouvement ŕ mouvement alternatif simple, tel qu'eau, pomper, et dans c'utilise le moteur de cylindre libre est un l'excellent choix.
Représentez 5 spectacles qu'un modčle d'un moteur de cylindre libre typique a utilisé
comme une pompe ŕ eau. Le pouvoir est pris de l'osciller cylindre de qui installe la réaction au mouvement opposé le piston lourd ŕ l'intérieur de. Le displacer est conduit par le gaz contraignez sur sa tringle qui est attachée au piston.
Le moteur de cylindre libre, comme tous les moteurs Stirling, boîte opérez sur toute source de la chaleur. Usage d'un permis de la promenade de la roue d'encliquetage le court moteur de cylindre coup - libre de haute fréquence conduire toute charge qui exige un axe de rotation, et donc grandement rehausse son utilité.
Le moteur de cylindre libre a utilisé comme une boîte du reciprocator facilement la promenade pas seul pompes fluides mais air ou compresseurs du gaz comme bien. Il peut conduire aussi des pompes réfrigérantes pour conservation de la nourriture.
Commencer le moteur de cylindre libre peut ętre automatique si le le moteur est dans une place verticale; autrement, un pot léger est nécessaire commencer les mouvements initiaux aprčs qui le le moteur courra vigoureusement aussi long que les températures ont prescrit pour la fin chaude et la fin froide du cylindre est maintenu. La température exigée est de 400 habituellement ŕ 700[degrees]C sur la fin chaude et jusqu'ŕ 100[degrees]C sur le refroidissement la veste.
Depuis il y a seulement deux pičces mobiles ŕ l'intérieur du cylindre, le moteur de cylindre libre est plus facile de faire męme que le manivelle promenade que le moteur Stirling a décrit dans ce papier plus tôt. De plus, Depuis que le cylindre est clos hermétiquement, le le moteur n'a pas besoin qu'une pompe ŕ air ou un cachet glissant contiennent son gaz du fonctionnement. Par conséquent, le moteur peut opérer ŕ un haut contraignez, dit jusqu'ŕ 15 atm, en le rendant trčs compact et bon marché pour son pouvoir.
Le Moteur Stirling double
Le moteur Stirling double est une machine refroidissante chaleur - commandée; c'est, il rentre de la chaleur et des produits alimentaires froid sans produire tout autre effet externe. C'est trčs simple, presque comme simple comme la pompe ŕ eau de cylindre libre, et est męme combustible - effectif si a conçu avec soin. Représentez 6 spectacles un échantillon typique
du moteur Stirling double conçu comme un chaleur - conduit le réfrigérateur de la nourriture. Représentez 7 spectacles il dans opération.
L'idée de base derričre l'opération du Stirling double le moteur est que quand commandé, il devient une pompe de la chaleur. Dans le Stirling double, un moteur Stirling est utilisé pour conduire un Stirling la pompe de la chaleur. Cela peut ętre fait avec seulement trois déplacer les parties--le displacer chaud, le piston qui agit comme le piston, pour le moteur de la chaleur et la chaleur pompe, et le displacer froid. Cette combinaison de parties fait un simple et efficace chaleur promenade chaleur pompe qui peut ętre pesée ŕ toute dimension ou l'intervalle de température, de températures trčs froides nécessaire ŕ les liquify ačrent aux températures douces utile pour refroidissement de l'espace.
Le moteur Stirling double sera commercialement disponible dans les années prochaines, probablement comme un portatif, foodstoring réfrigérateur de congélateur dans les petites dimensions.
Le Moteur de l'Alternateur de piston libre
Efforts récents de développer le moteur de l'alternateur de piston libre a produit des résultats remarquables. Pendant que le moteur ne veut pas devenez un article commercial Stirling aussi rapidement que la manivelle promenade le moteur, il suivra avec au sujet du délai d'une année seulement. Celle que la plupart a développé au moment est une machine de la production de 1 kWs cela a l'excellente efficacité du combustible, promet la longue vie, et est trčs compact. Cependant, cette machine n'est pas simple et exige des procédures industrielles trčs sophistiquées et les matičres. En revanche, parce que c'est hermétiquement scellé, il ne peut pas ętre endommagé par toute sorte de traitement rugueux, bien que les system du contrôle et autres auxiliaires ne soient pas donc invulnérable.
Le moteur de l'alternateur de piston libre est conveni ŕ idéalement le tâche de développer électricité d'énergie solaire, surtout, quand a égalé ŕ un film plastique bas-prix concentrateur du écrivez ŕ la machine venir maintenant sur le marché. Les telles machines sont activement développé dans les dimensions jusqu'ŕ 10 kW, et pourrait ętre disponible dans męme plus grandes dimensions dans quelques années. Celui montré dans Chiffre 8
a une production de 10 kWs.
USAGES DU MOTEUR STIRLING
Irrigation avec la Biomasse
Les deux la manivelle promenade moteur Stirling et le cylindre libre le moteur est pratique pour irrigation avec la biomasse, ŕ condition cette biomasse ample est disponible pour combustible aussi bien que bon marché travaillez dur nourrir le moteur avec combustible et soigner son opération. Le moteur de la manivelle - promenade est pratique d'approximativement 500 watts ŕ dizaines de kilowatts de pouvoir délivré, mais dans pouvoir au-dessus 3 kW il exigera qu'une charrette ŕ roues le transporte. Le cylindre libre le moteur compose une bonne pompe de l'irrigation approximativement 500 les watts. L'un et l'autre moteur peut conduire bien et profondément les deux peu profond bien pompes, aussi bien que pompes du fossé de bas ascenseur. Aussi, l'électrique le générateur le piston libre peut ętre attaché ŕ un électrique pompez pour ce service.
La Génération de l'électricité - Petites Dimensions - combustible solide
Les deux la manivelle promenade moteur Stirling et le piston libre le moteur de l'alternateur est pratique pour cet usage. Le piston libre le moteur de l'alternateur a l'avantage de faible bruit męme et la longue vie, mais est plus dur de réparer l'en campagne. La manivelle promenade Le moteur Stirling est simple, facile réparer, et meilleur marché, et peut ętre fabriqué dans les ateliers de réparations simples; cependant, il n'est pas comme combustible effectif.
La Génération de l'électricité - Pouvoir de Village - combustible solide
Ici encore, les deux la manivelle promenade moteur Stirling et le le moteur de l'alternateur de piston libre servirait pour tout pouvoir approximativement 100 kW. Les moteurs Stirling de puissance de sortie supérieure ne sont pas vraisemblablement dans le futur proche, bien que ce soit toujours possible ŕ combinez de plus petites unités dans une plus grande unité pour plus de pouvoir.
Dans cette candidature, l'assistance constante est exigée ŕ assurez l'opération adéquate de l'alimentation du combustible et autres auxiliaires. Les sous-produits utiles incluent eau chaude du refroidissement system et cendre du brűleur.
Grain qui Traite - Gaspillage du Grain comme Combustible
C'est une candidature idéale ŕ cause de la disponibilité de le sous-produit de la biomasse comme combustible pour le moteur. L'USAID - Consolidé, moteur ŕ air chaud simple, référencé dans ceci plus tôt, tapissez comme eu été développé pour fabrication au Bangladesh, est un excellent exemple. Représentez-en 9 montre ce moteur ŕ air chaud
le riz du millng. Il brűle la cosse du riz produite par le moulin il les promenades. Seulement une fraction de la cosse produite par le moulin est eu besoin d'alimenter le moteur, les montants si amples sont laissés partout pour le moteur utiliser en pompant de l'eau de l'irrigation pour le prochain la récolte du riz. Dans ce chemin, énergie solaire, dans la forme de biomasse, est utilisé comme l'entrée d'énergie fondamentale pour le riz - grandissant traitez, et aucun combustible extérieur n'est nécessaire.
Le Pouvoir solaire
C'est important de reconnaître que le moteur Stirling est un machine. de haute température Il ne peut pas courir bien sur le bas les températures disponible de plaque plate simple collecteurs solaires. Il doit utiliser un enrichissement de les minerais, soleil poursuite collecteur solaire. Cet appareil ajoute au coűt et entretien considérablement exigences du system. Aussi, un tel appareil fait ne faites pas usage du composant diffus d'énergie solaire, seulement, le composant direct. Le soleil si brumeux n'est pas assez bon. Clair, de cieux clairs sont exigés avant le collecteur de l'enrichissement de les minerais développez le surchauffage nécessaire d'opérer le Le moteur Stirling. Pour tous ces raisons, systems Stirling, utilisant enrichissement de les minerais, soleil poursuite que les collecteurs solaires seront, les and beaucoup plus chers exigeront plus de soin dans leur l'opération que ce qui utilisent le combustible comme leur source de la chaleur.
Avec ces réservations dans esprit, c'est juste de signaler qu'il y a des situations dans qui tel systems solaire commandé est digne de considération: oů la lumičre du soleil intense est le gouvernez oů il n'y a pas de biomasse disponible et aucun derivable des effets du moteur (comme lŕ serait finalement si le moteur irriguait un autrefois région désertique), et oů le coűt du moteur, collecteur, traqueur, montagne, et l'entretien n'est pas prohibitif de cela. Une telle situation exister oů plusieurs kilowatts d'électricité sont eu besoin, et le coűt de systems photovoltaďque est trop haut. Il est possible qu'un system électriques solaires ont basé sur un piston libre Le moteur Stirling coűtera moins par watt considérablement délivré que veuillez un system photovoltaďque dans le kilowatt gamme de pouvoir.
Une note avertisseuse sur systems Stirling solaire: bien que le Le moteur Stirling sera commercialement disponible dans un ou deux les années, les collecteurs de l'enrichissement de les minerais et leurs auxiliaires sont encore quelque distance loin de production. Pour tout ceux-ci les raisons, est possible que les Stirling moteur systems solaires soient beaucoup plus cher que les autres systems exceptent oů rien n'est autrement disponible, comme peut ętre le cas dans les zone de désert extręmes.
La plupart du temps, un systčme solaire direct est moins pratique qu'un qui utilise le grand de la biomasse avec l'aide d'irrigation ŕ condition par le moteur. Par ceci signifie, terre qui veut autrement grandissez rien ne pourrait ętre fait pour produire de la nourriture d'une façon concevable aussi bien que combustible pour l'irriguant pompe. Mettez simplement, un champ de mauvaises herbes, a moissonné pour ętre a brűlé dans le moteur, est un beaucoup plus facile acheminez ŕ pouvoir solaire qu'un system optique compliqué, montez, et traqueur. Et les mauvaises herbes, contrairement au soleil, ne cachent pas derričre nuages ou va loin le soir.
ALIMENTEZ EFFICACITÉ ET PUISSANCE DE SORTIE
Est possible que le moteur Stirling brűle 10 kilogrammes en gros (kg) par kilowattheure (kWh) de combustible de la biomasse, et 6 kg/kWh de le charbon. C'est plus petit que le taux de consommation du combustible de petit les machines ŕ vapeur. Selon comme bien un opérateur guide le usinez, cette vitesse de combustion peut varier autant de 20 facilement pour cent, en haut ou en bas; avec bien a conçu et bien a assisté les moteurs, ce pourrait ętre aussi petit que demi comme beaucoup.
La puissance de sortie unitaire de poids varie avec grandement le le dessin. Généralement, il aligne d'approximativement .04 Kw/Kg pour un simple modčle de la manivelle - promenade ŕ approximativement .07 Kw/Kg pour une annonce publicitaire la technologie avancée moteur de l'alternateur de piston libre.
IV. COMPARER LES ALTERNATIVES
Le moteur Stirling est capable d'accepter la chaleur d'en source au-dessus d'approximativement 400[degrees]C et convertir partie de la chaleur dans le travail utile. Cela le rend capable d'une variété large d'usages. Lesquels d'eux sont pratiques et considération de la valeur en comparaison avec les autres sources d'énergie de la mécanique?
Si les combustibles conventionnels et machines sont disponibles et satisfaisantes, ce n'est pas pratique de considérer remplacer probablement ils avec un moteur Stirling. Seulement quand essence ou gas-oil ou les combustibles gazeux propres sont rares, chers, ou autrement peu attrayant, et quand l'étincelle ignition combustion interne le moteur ou le moteur du gas-oil est vécu aussi brusquement ou trop cher maintenir ou acheter, est il sensible ŕ considérer le candidature du moteur Stirling. Si vous considérez introduire le moteur Stirling, vous devez évaluer le sien avec soin disponibilité, données de rendement prouvées, et économie, de peur que résultat de la déception.
CONCURRENTS DU MOTEUR STIRLING
La compétition pour le moteur Stirling est la combustion interne moteur, y compris l'étincelle ignition moteur course, sur essence, gaz naturel, alcool, biogaz, ou gaz de gazogčne, et le moteur diesel qui court sur combustible du gas-oil, ou un mélange de le gas-oil et autre gazeux ou combustibles liquides. Le plusieurs solaire les appareils cellulaires aussi bien que la machine ŕ vapeur est aussi considérée ętre compétition pour le moteur Stirling.
Le moteur Stirling est ętre le bon choix trčs probablement oů le besoin d'énergie est entre 100 watts et 20 kW, et quelques-uns assortissent de biomasse, charbon, ou la tourbe est disponible comme combustible. Si gazeux ou le combustible liquide est disponible aisément, un correctement est possible que le moteur ŕ combustion interne adapté soit meilleur marché, au moins ŕ court terme, bien que, selon le parent coűt des combustibles, le moteur Stirling pourrait ętre meilleur marché ŕ long terme, dű baisser entretien et dépens du combustible.
Parce que le moteur Stirling a été réintroduit seulement récemment, c'est dur de projeter les coűts de l'achat relatifs des plusieurs types de machines Stirling. C'est possible que le moteur Stirling coűtera plus que l'étincelle ignition le moteur ŕ combustion interne, et en gros le męme comme un slowspeed moteur diesel de la męme qualité. Mais le Stirling est possible que le moteur ait des coűts de maintenance inférieurs que non plus de ceux-ci ŕ cause de sa grande simplicité.
Le Moteur du gaz pauvre comme un Concurrent du Stirling Le moteur
Le moteur du gaz pauvre court sur le gaz au moyen d'un biomasse - ŕ - gaz le convertisseur a appelé un générateur du gaz pauvre. Le moteur utiliser le gaz pauvre peut ętre un moteur de l'essence converti ou un moteur diesel utiliser gaz pauvre principalement mais exiger aussi un petite quantité de combustible diesel comme allumeur pour le gaz pauvre. Depuis que cette combinaison peut faire la męme chose comme en fait un Le moteur Stirling--c'est, développez le pouvoir mécanique de bois et autre biomasse--on est contraint pour demander si le Stirling le moteur a tout avantage sur la combinaison de producteur gazogčne et combustion interne conventionnelle le moteur. Dans quelques cas, la réponse est oui.
Le moteur Stirling a trois avantages: (1) il peut brűler les combustibles avec haut taux de cendres tel que riz décortiquent qui le les system du gaz pauvre ne peuvent pas; (2) depuis les produits de la combustion n'entrez pas le moteur Stirling, ils n'exigent aucun nettoyage, par contraste avec le moteur ŕ combustion interne du gaz pauvre; et (3) le moteur Stirling, dans combinaison avec un simple le brűleur du combustible forgé, est un beaucoup plus simple et plus sans entretien system que la combinaison de générateur du gaz pauvre, system du nettoyage, et moteur ŕ combustion interne.
Le moteur Stirling double le system du moteur du gaz pauvre si le combustible ętre utilisé n'est pas de haute qualité, tel que riz, les cosses, et si le coűt de maintenir le system de l'ignition, system injection, lubrification, et autre relativement délicat composants du moteur ŕ combustion interne et le générateur de gaz est un problčme, comme c'est si souvent.
La machine ŕ vapeur comme un Concurrent du Moteur Stirling
C'est logique de considérer la machine ŕ vapeur comme compétition naturelle pour le moteur Stirling, comme c'était en fait au moment Révérend Stirling l'a inventé. Ŕ ce temps la machine ŕ vapeur était le producteur du pouvoir dominant, alors que le moteur Stirling était plus de combustible effectif, et beaucoup de plus sűr depuis que c'est presque impossible pour causer un moteur Stirling d'exploser, et plutôt facile faire avec une machine ŕ vapeur. Aussi ŕ ce temps, le grand l'inconvénient du moteur Stirling était la température pauvre résistance de la tęte de l'appareil de chauffage de la fonte.
Aujourd'hui, la situation est différente. La machine ŕ vapeur a tombé dans désuétude, et le Stirling a leapt dans performance devant, la vie, et disponibilité. Avec l'usage de séries 300 l'acier inoxydable, un communément matičre disponible, il y a non plus longtemps le danger d'échec de la tęte de l'appareil de chauffage, au moins en dessous 700[degrees]C, lequel un combuster du combustible solide normal produit sur un le moteur Stirling courant. Et c'est faisable de faire le tęte de l'appareil de chauffage de céramique, surtout dans trčs de basse pression moteurs tels que le pumper de l'eau de piston libre simple.
Par conséquent, pour candidatures de bas pouvoir en dessous plusieurs dizaines de les kilowatts, est possible que le moteur Stirling soit beaucoup plus de combustible effectif, beaucoup de plus facile opérer, beaucoup de plus sűr, et exige beaucoup moins d'entretien. C'est aussi possible qu'il coűte moins, depuis le moteur Stirling a si peu de parties et tels simples dans comparaison ŕ la machine ŕ vapeur. Par exemple, le Stirling le moteur a besoin d'aucunes valves, alors que la machine ŕ vapeur exige beaucoup dans chacun de qui doit travailler infailliblement un chaud, l'environnement corrosif.
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